一種基于LAN—XI的無線傳輸系統

張魁煒 徐冠基 李文強 張海進 呂曉鵬

摘 要：在研究高速動車組行駛過程中，車頂或車下吊掛艙內設備振動狀態時，需要將被測設備上的加速度傳感器線纜引入車廂內部以接入數據采集系統。布線及走線過程往往耗費大量的時間。提出的試驗數據無線傳輸系統大大減少了傳感器線纜的使用，節省了測試前的準備時間，提高了測試效率。

關鍵詞：LAN-XI數據采集系統；無線傳輸；振動測試

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.095

0 引言

高速動車組車廂是一個相對封閉的空間，對車廂頂部設備（如空調室外機、受電弓等）或車下吊掛設備（逆變器、空氣壓縮機、齒輪箱、車體構架等）進行振動測試時，通常需要將傳感器線纜沿著車體通過客室門接入位于車廂內的數據采集系統。對復雜大型車外設備進行振動測試時，會使用大量的振動加速度傳感器。測試前傳感器線纜的布置與固定需要消耗大量的時間與精力，以保證列車在高速行駛的過程中高風速、劇烈的振動以及雨雪天氣等因素不會使線纜脫落，而對列車正常運行造成隱患。本文提出的振動試驗數據無線傳輸系統可省去在車外布置的傳感器線纜的工作，保證了列車運行期間的安全性，減少測試前準備時間，提高測試效率。

1 系統構成

如圖1所示，無線傳輸系統是由硬件設備及軟件兩部分組成。硬件設備包括LAN-XI數采板卡及電池模塊、WLAN路由器、12V直流穩壓電源及筆記本電腦。LAN-XI數采板卡與其相配套的電池模塊可組成一套完整的小型測試系統，采集傳感器的信號；WLAN路由器及一個直流電源組成可移動的無線信號發射傳輸模塊。這兩部分可靈活置于車外被測設備附近。測試人員可在車內使用帶有WLAN功能的筆記本電腦進行測試工作。測試用軟件包括數采前端設置軟件Reflex Front-end Setup、數據采集軟件Time Data Recorder及數據處理軟件Reflex。這套系統擺脫了傳統線纜的束縛，可對高速行駛中的高速動車組車頂及車下設備進行振動或噪聲信號的測試，利用配套軟件可對前端數采硬件進行配置，實時觀測傳感器時域信號、頻域信號并對采集的信號進行后處理。

2 系統硬件組成

2.1 LAN-XI 3053 型數采板卡

LAN-XI數采系統是B&K;公司的一種模塊化的硬件系統。單模塊數采板卡可以作為獨立的前端使用，單個板卡可采集多至12通道的數據。需要采集更多通道數據時，可采用多個板卡組成多至1000+通道的分布式測量系統。其體積小，方便攜帶，特別適合于現場使用。LAN-XI 3053 型數采板卡是世界上最小的12通道數采板卡，它可以同時測量振動與噪聲信號，最高采集頻率可達65.5kHz。支持帶有TEDS 的IEEE 1451.4 智能傳感器，根據存儲于傳感器中的TEDS 信息實現傳感器自動設置，包括靈敏度、序列號、制造商和校準日期。支持24V、3.6mA的CCLD供電、輸入電壓可達10V（峰值），并帶擴展量程31.6 V （峰值）。LAN-XI 3053 型數采板卡支持RJ45接口通信，其采集的數據可以通過RJ45接口傳輸至WLAN路由器。

2.2 LAN-XI 2831-A型電池模塊

2831-A型電池模塊為可充電鋰離子電池，輸出電壓為14.8 V，容量為6400 mAh，與LAN-XI數采模塊的尺寸相同，可供單個LAN-XI數采模塊工作七個小時以上。前端面板上有電池狀態指示燈，可隨時查看剩余電量。電池模塊可以與數采模塊單獨組成小型測試系統，將其放置在被測系統附近，極大縮短了與傳感器的距離，減少傳感器線纜的使用，提高了系統的便捷性。

2.3 WLAN 路由器及供電模塊

WLAN是無線局域網網絡的簡稱，目前技術成熟，數據傳輸速率高，應用廣泛?，F有802.11/a/g/b/n/ac等幾個標準，802.11g/b 協議為當前應用最為廣泛的標準，使用2.4至2.4835GHz的頻率范圍，最大傳輸速度可達54Mbit/s，最遠傳輸距離100米。WLAN網絡傳輸速率高，傳輸半徑廣，適合作為采集數據的傳輸媒介。WLAN路由器一般需要一個12V穩壓直流電源供電。WLAN路由器及其直流電供電模塊組成了單獨的數據傳輸模塊，將由RJ45接口傳輸來的數采模塊信號轉換為無線信號發射出去。

2.4 信號接收端

信號接收端為一個帶有WLAN功能的筆記本電腦，通過WLAN來獲得數采的數據信號。通過在筆記本上預裝的軟件可實現遠程數采設備管理及數據信號在線監測與后處理等功能。

3 系統軟件組成

軟件系統由B&K;公司的Reflex Front-end Setup、Time Data Recorder、Reflex軟件組成。從功能上來分，這三個軟件分別實現了數采硬件前端設置、時域數據采集及數據分析的功能。這三個軟件高度模塊化，獨立工作。筆記本電腦連接WLAN路由器后，通過Reflex Front-end Setup軟件可遠程激活數采設備。利用Time Data Recorder軟件可對數采前端進行配置：檢查采集通道是否正常開啟，信號是否正常傳輸，設置數據儲存路徑，設置傳感器靈密度、采樣頻率及分析帶寬。Reflex軟件可直接讀取Time Data Recorder已采集的時域數據文件，對其進行處理，如濾波、FFT（快速傅里葉變換）等。

4 無線傳輸系統在實際中的應用

圖2為測試流程圖，現以測試某高速動車組車頂空調室外機設備振動狀況為例，闡述測試流程。此次測試對分別對離心風機固定架、離心風機安裝座、壓縮機固定座、冷凝風機固定座、空調機組安裝座布置了多個單向及三向加速度傳感器。由于離心風機固定架最上方處振動幅值較大，故選擇量程為50g的三向加速度傳感器。其余測點位置因振動幅值較小，故選擇量程為10g的單向加速度傳感器。

本次測試共使用1個三向加速度傳感器、19個單向加速度傳感，總計22個通道。每個LAN-XI 3053 型數采板卡最多支持12個通道輸入，故使用2個LAN-XI 3053 型數采板卡及2個LAN-XI 2831-A型電池模塊，組成兩套獨立測試系統置于車頂被測空調設備附近。通過傳感器線纜就近與在被測設備上布置好的加速度傳感器相連。數采設備通電開機后，檢查是否每個數采通道都能采集到傳感器信號，若不能則重新檢查傳感器及線纜連接。本次測試選擇了一塊容量為11400mAh、輸出12V的直流電源為WLAN路由器供電。打開WLAN路由器供電電源并通過RJ45接口連接兩個數采與WLAN路由器。打開筆記本電腦，通過無線網絡連接WLAN路由器，通過Reflex Front-end Setup 軟件查找并連接兩臺數采設備。若不能找到數采設備則重新檢查WLAN路由器供電是否正常。此時硬件設置全部完成，測試人員可以進入車廂內部，等待正式測試。

測試開始前，打開Time Data Recorder軟件，設置分析帶寬為1600Hz，由奈奎斯特采樣定律可知，采樣頻率至少為分析帶寬的2.56倍，故設置采樣頻率為4096Hz。開始測試后，通過Time Data Recorder軟件記錄時域數據，同時可以觀察數據實時時域及頻域數值，對數據進行實時監測。測試結束后，通過Reflex軟件可對數據進行后處理，生成測試報告。

5 結束語

本文提出的振動試驗數據無線傳輸系統具有擴展性強、靈活性高的特點，大大降低了對傳感器線纜的依賴。數采系統與其電池模塊可組成獨立的測試系統、WLAN路由器與其供電模塊可組成獨立數據傳輸模塊，將其放置于被測設備附近，減少了傳感器線纜的使用，省去在車外布置的傳感器線纜的工作，因而避免了因被測設備上有多個傳感器多而產生走線難、走線亂的問題。對測量行駛中高速動車組車頂設備、車下吊掛倉內設備振動情況提供了可行的解決方案。

參考文獻

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